Почему появляется побежалость на сварных швах

Во время сварки металл непосредственно около шва нагревается до высокой температуры. Несмотря на то что основная масса изделия не расплавляется, поверхность в зоне нагрева активно взаимодействует с кислородом.

В результате на нержавеющей стали формируется оксидная плёнка большей толщины, чем обычный естественный пассивный слой.

Из-за интерференции света такая плёнка приобретает характерные оттенки:

• соломенно-жёлтый;
• золотистый;
• коричневый;
• красно-фиолетовый;
• синий;
• серо-синий;
• тёмный почти чёрный.

Поэтому термин «цвета побежалости» фактически описывает визуальное проявление оксидного слоя различной толщины.

Цвет связан прежде всего с толщиной образовавшегося оксида.

Чем сильнее и дольше поверхность находилась при повышенной температуре в присутствии кислорода, тем больше меняется оксидный слой.

Однако нельзя использовать цвет как точный «термометр сварного шва».

На оттенок влияют также:

• химический состав стали;
• исходная поверхность;
• продолжительность нагрева;
• скорость охлаждения;
• концентрация кислорода;
• защитный газ;
• освещение.

Поэтому тёмно-синий шов обычно свидетельствует о более интенсивном окислении, чем светло-золотистый, но по одному цвету нельзя точно определить свойства металла.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали связана с содержанием хрома.

На чистой поверхности формируется очень тонкий хромсодержащий пассивный слой, который препятствует быстрому развитию коррозии.

При высокотемпературном окислении во время сварки формируется значительно более толстая оксидная плёнка. Хром участвует в образовании этих оксидов, поэтому непосредственно под выраженным сварочным оксидом может образовываться поверхностная зона, менее благоприятная с точки зрения коррозионной стойкости.

Именно поэтому удаление выраженной побежалости на ответственных изделиях — не только косметическая операция.

Тепловложение

Чем больше энергии вносится в металл, тем шире и интенсивнее может быть зона окисления.

На результат влияют:

• сварочный ток;
• напряжение;
• скорость перемещения;
• количество проходов;
• толщина материала.

Избыточное тепловложение увеличивает площадь металла, долго остающегося при высокой температуре.

Качество газовой защиты

Защитный газ ограничивает контакт нагретого металла с воздухом.

Если защита нестабильна или недостаточна, кислород активнее взаимодействует с поверхностью и побежалость становится выраженнее.

Причиной могут быть:

• недостаточный расход газа;
• чрезмерный расход, создающий турбулентность;
• неправильное положение горелки;
• сквозняки;
• слишком большое расстояние от сопла до поверхности.

Защита обратной стороны шва

Для труб, емкостей и ответственного технологического оборудования принципиально важна защита корня сварного шва.

Снаружи соединение может выглядеть аккуратно, а внутри трубы при недостаточной продувке сформируется сильное окисление.

Для пищевых, фармацевтических и технологических трубопроводов именно состояние внутреннего шва зачастую критичнее наружного.

Чистота поверхности

Масло, грязь, остатки маркировки и другие загрязнения способны влиять на сварочный процесс и состояние прилегающей поверхности.

Поэтому качественная подготовка металла перед сваркой важна не меньше последующей очистки.

Не совсем.

Цвета побежалости являются признаком высокотемпературного окисления поверхности.

Но наличие цвета ещё не означает автоматически недопустимое изменение структуры металла по всей толщине.

Также не следует путать побежалость с зоной термического влияния.

Зона термического влияния — область рядом со сварным швом, где металл не расплавлялся, но его структура и свойства могли измениться под действием температуры.

Побежалость — видимый поверхностный оксидный слой.

Эти явления возникают в связанных областях, но описывают разные процессы.

Побежалость появляется непосредственно вследствие нагрева.

Коррозия — результат химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой в дальнейшем.

Синие или коричневые оттенки около свежего сварного шва ещё не означают, что металл уже «заржавел».

Но неправильно обработанная зона сварки может иметь меньшую коррозионную стойкость, поэтому позднее именно около шва часто появляются первые коррозионные повреждения.

Условия эксплуатации определяют уровень требований.

Для декоративной конструкции в сухом помещении небольшая побежалость может иметь преимущественно эстетическое значение.

Совершенно иначе ситуация выглядит у:

• пищевых емкостей;
• фармацевтического оборудования;
• реакторов;
• резервуаров;
• теплообменников;
• технологических трубопроводов;
• оборудования химических производств.

Здесь сварная зона может контактировать с влагой, солями, кислотами, моющими средствами или продуктом.

Дополнительно шероховатая окисленная поверхность хуже очищается и может удерживать загрязнения.

Нагрев при сварке неизбежен, поэтому полностью исключить образование оксидов на всех видах соединений сложно.

Но их количество можно существенно уменьшить за счёт:

• правильно подобранного сварочного режима;
• контроля тепловложения;
• стабильной газовой защиты;
• защиты обратной стороны;
• подготовки поверхности;
• квалификации сварщика.

Чем качественнее выполнена сварка, тем меньше последующей обработки потребуется.

В зависимости от состояния шва применяют:

• химическое травление;
• электрохимическую очистку;
• механическую обработку;
• комбинацию технологий.

Для нержавеющей стали задача заключается не в том, чтобы просто «стереть цвет», а в правильном удалении нежелательного оксидного слоя.

После обработки поверхность тщательно промывают, а при необходимости проводят пассивацию или финишную полировку.

Побежалость — естественное следствие высокотемпературного взаимодействия нержавеющей стали с кислородом при сварке.

Но выраженные цвета на ответственном оборудовании нельзя рассматривать исключительно как визуальный дефект.

Они показывают, что поверхность подверглась интенсивному окислению и требует оценки и, при необходимости, корректной постсварочной обработки.